近日，国际地学期刊Lithos在线发表了中科院海洋所孙卫东课题组关于大洋缺氧事件对汇聚板块边缘岩浆作用影响的论文，对理解不同类型沉积物俯冲对弧岩浆、成矿以及碳循环的影响具有重要意义。
日本学者石原顺三根据花岗岩中磁铁矿的含量，将花岗岩分为磁铁矿型与钛铁矿型。磁铁矿中含三价铁，而钛铁矿中铁为正二价。该分类方式实际反应了岩浆氧逸度的差异。氧逸度是控制成矿类型的关键因素，斑岩铜、钼矿通常与磁铁矿型花岗岩相关，而钨锡矿通常与钛铁矿型花岗岩相关。因此，两类花岗岩的成因对于理解成矿具有重要的意义。弧岩浆通常是氧化的，形成的花岗岩主要为磁铁矿型，但在汇聚边缘也存在相对还原的钛铁矿型花岗岩。控制两种花岗岩形成的机制曾经长期存在争议。
以两类花岗岩划分最详细的日本地区为研究对象，孙卫东团队统计整理了已发表的花岗岩体的年龄、位置、地球化学组成等数据，发现钛铁矿型花岗岩的形成与大洋缺氧事件（OAE）存在很好的时间对应。距今约1.2亿年发生OAE 1a，几乎同时出现了钛铁矿型花岗岩；在1.2亿年至8600万年前，相继发生了OAE1a、OAE1b、OAE1c、OAE1d、OAE2、OAE3六次大洋缺氧事件，相应地，日本钛铁矿型花岗岩所占的比例逐渐升高，并且在1亿年-8500万年间形成的花岗岩均属于钛铁矿型；OAE3之后再无典型的大洋缺氧事件发生，相应磁铁矿型花岗岩所占的比例逐渐升高。
白垩纪日本钛铁矿型花岗岩的出现、占据主导与大洋缺氧事件（OAEs）的发生存在良好对应
钛铁矿型与磁铁矿型花岗岩在S同位素、O同位素、烷烃气体含量、Zn/FeT存在明显差异
“温室”的白垩纪大洋缺氧事件频发，在洋底形成了大量富有机质、富硫化物的还原性沉积层——黑色页岩。钛铁矿型花岗岩与大洋缺氧事件的时间对应表明两者可能存在成因联系。两类花岗岩的地球化学组成差异支持该推测。相对于磁铁矿型花岗岩，钛铁矿型花岗岩具有轻的硫（S）同位素、重的氧（O）同位素组成，黑色页岩具有类似的S、O同位素组成。另外，磁铁矿型花岗岩中几乎不含甲烷、乙烷，而钛铁矿型花岗岩中可以含数百ppm的甲烷以及少量的乙烷，这些烷烃可能来自于有机质的分解。并且我们发现当MgO＞2.5 wt%时，钛铁矿型花岗岩以及产于钛铁矿型带的基性-超基性岩的Zn/FeT高于磁铁矿型花岗岩以及产于磁铁矿型带的基性-超基型岩的Zn/FeT，这表明两类花岗岩的氧逸度差异来自于岩浆源区。基于以上，研究团队提出大洋缺氧事件频发期形成的富有机质沉积物通过俯冲带进入深部，这些有机质在碳化、石墨化的过程中释放还原性流体进入地幔楔，地幔楔部分熔融，熔体演化形成包括钛铁矿型花岗岩在内还原性弧岩浆岩。典型的氧化性沉积物俯冲时，地幔楔被氧化，形成的弧岩浆岩即为氧化性—磁铁矿型花岗岩。
本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、山东“泰山学者”项目联合资助。论文第一作者为博士研究生王鲲，通讯作者为孙卫东研究员和张丽鹏博士。
论文信息：
Kun Wang, Li-peng Zhang, Jiang-hong Deng, Qing-lin Sui, Guo-zhi Xie, Wei-dong Sun, 2021, The influence of oceanic anoxic events on convergent margin magmas. Lithos, doi.org/10.1016/j.lithos.2021.106529